DE112008003609B4

DE112008003609B4 - Device for producing a single crystal

Info

Publication number: DE112008003609B4
Application number: DE112008003609.8T
Authority: DE
Inventors: Ryoji Hoshi; Kiyotaka Takano
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2018-12-20
Anticipated expiration: 2028-12-19
Also published as: CN101910474A; CN101910474B; US20100258050A1; JP4582149B2; KR101473789B1; KR20100113510A; DE112008003609T5; WO2009087724A1; US9217208B2; JP2009161416A

Abstract

Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls, Ziehen des Einkristalls nach der Czochralski-Methode, umfassend mindestens:
eine Hauptkammer, in welcher ein Schmelztiegel zum Unterbringen einer Rohmaterialschmelze und ein Erhitzer zum Erhitzen der Rohmaterialschmelze angeordnet sind;
eine Ziehkammer, in welcher der gezüchtete Einkristall gezogen und untergebracht wird, wobei die Ziehkammer kontinuierlich oberhalb der Hauptkammer vorgesehen ist; und
einen Kühlzylinder, der sich mindestens von einer Decke der Hauptkammer zu einer Fläche der Rohmaterialschmelze derart erstreckt, dass er den Einkristall während des Ziehens umgibt, wobei der Kühlzylinder mit einem Kühlmittel zwangsweise gekühlt wird; wobei
die Vorrichtung ferner umfasst mindestens einen Hilfskühlzylinder, der in einen Innenraum des Kühlzylinders eingepasst ist, und
der Hilfskühlzylinder einen in einer axialen Richtung vordringenden Spalt hat und sich zu der Fläche der Rohmaterialschmelze erstreckt.

Apparatus for producing a single crystal, pulling the single crystal according to the Czochralski method, comprising at least:
a main chamber in which a crucible for accommodating a raw material melt and a heater for heating the raw material melt are arranged;
a pull chamber in which the grown monocrystal is pulled and accommodated, the pull chamber being provided continuously above the main chamber; and
a cooling cylinder that extends from at least a ceiling of the main chamber to a surface of the raw material melt so as to surround the single crystal during the pulling, wherein the cooling cylinder is forcibly cooled with a coolant; in which
the device further comprises at least one auxiliary cooling cylinder, which is fitted in an inner space of the cooling cylinder, and
the auxiliary cooling cylinder has a gap penetrating in an axial direction and extending to the surface of the raw material melt.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls nach der Czochralski-Methode (in Folgenden die CZ-Methode).The present invention relates to an apparatus for producing a silicon single crystal according to the Czochralski method (hereinafter the CZ method).

HINTERGRUNDBACKGROUND

Nachstehend wird eine konventionelle Vorrichtung zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls nach der Czochralski-Methode durch Veranschaulichung eines gezüchteten Silizium-Einkristalls erklärt.Hereinafter, a conventional apparatus for producing a silicon single crystal according to the Czochralski method by illustrating a grown silicon single crystal will be explained.

4 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Beispiels der konventionellen Vorrichtung zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls. 4 shows a schematic sectional view of an example of the conventional apparatus for producing a silicon single crystal.

In der Vorrichtung zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls 101, die zur Herstellung eines Silizium-Einkristalls nach der CZ-Methode verwendet wird, sind die Schmelztiegel 106 und 107 und ein Erhitzer 108 im Allgemeinen in einer Hauptkammer 102 angeordnet, in welcher der Einkristall 104 gezogen wird, wobei die Schmelztiegel Rohmaterialschmelze 105 enthalten und nach oben und nach unten verschoben werden können und der Erhitzer derart angeordnet ist, dass er die Schmelztiegel 106 und 108 umgibt. Eine Ziehkammer 103 zur Aufnahme und Entfernen des gezüchteten Einkristalls ist kontinuierlich über die Hauptkammer 102 angeordnet. Die Schmelztiegel 106 und 107 sind mit einer Schmelztiegel-Drehwelle 118 gelagert, die durch einen an einem unteren Abschnitt der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls 101 angebrachten Drehantriebsmechanismus (nicht gezeigt) nach oben und nach unten verschoben und gedreht werden kann.In the apparatus for producing a silicon single crystal 101 used for producing a silicon single crystal by the CZ method are the crucibles 106 and 107 and a heater 108 generally in a main chamber 102 arranged in which the single crystal 104 is pulled, the crucible raw material melt 105 contained and can be moved up and down and the heater is arranged so that it the crucible 106 and 108 surrounds. A drawing chamber 103 for receiving and removing the cultured single crystal is continuous across the main chamber 102 arranged. The melting pot 106 and 107 are with a crucible rotating shaft 118 supported by a at a lower portion of the apparatus for producing a single crystal 101 mounted rotary drive mechanism (not shown) can be moved up and down and rotated.

Ein Wärmedämmelement 109 zum Verhindern, dass die Hauptkammer 102 direkter Hitze aus dem Erhitzer 108 ausgesetzt wird, ist außerhalb des Erhitzers 108 derart angeordnet, dass es einen Umfang des Erhitzers umgibt. A thermal insulation element 109 to prevent the main chamber 102 direct heat from the heater 108 is suspended outside the heater 108 arranged so as to surround a circumference of the heater.

Für das Abführen der Verunreinigungen, die im Ofen, aus dem Ofen usw. erzeugt werden, wird ein Inertgas wie beispielsweise Argon-Gas in die Kammer durch ein Gaseinlass 111 eingeführt, der an einem oberen Abschnitt der Ziehkammer 103 angebracht ist, geht durch den Einkristall 104 während des Ziehens und eine Fläche der Rohmaterialschmelze 105 innerhalb der Kammer durch, um innerhalb der Kammer zu zirkulieren, und wird durch ein Gasauslass 110 abgeführt. Vorgesehen ist ein Gasströmungsführungszylinder 114 zum Leiten des Inertgases derart, dass es nach unten nahe des Kristalls von oberhalb der Schmelze strömt.For discharging the impurities generated in the furnace, furnace, etc., an inert gas such as argon gas is introduced into the chamber through a gas inlet 111 introduced at an upper section of the pull chamber 103 attached, goes through the single crystal 104 during the drawing and an area of the raw material melt 105 inside the chamber to circulate within the chamber, and is through a gas outlet 110 dissipated. A gas flow guide cylinder is provided 114 for conducting the inert gas so as to flow down near the crystal from above the melt.

Der Kühlzylinder 112 erstreckt sich mindestens von einer Decke der Hauptkammer 102 in Richtung der Fläche der Rohmaterialschmelze 105 derart, dass er den Einkristall 104 während des Ziehens umgibt. Ein Kühlmittel wird in den Kühlzylinder 112 aus einem Kühlmitteleinlass 113 eingeführt, zirkuliert durch das Innere des Kühlzylinders 112, um den Kühizyiinder 112 zwangsläufig zu kühlen, und dann wird nach außen ausgestoßen.The cooling cylinder 112 extends at least from a ceiling of the main chamber 102 in the direction of the surface of the raw material melt 105 such that it is the single crystal 104 during the pulling surrounds. A coolant enters the cooling cylinder 112 from a coolant inlet 113 introduced, circulated through the interior of the cooling cylinder 112 to the Kühizyiinder 112 inevitably to cool, and then expelled to the outside.

Im Falle der Herstellung des Einkristalls unter Verwendung der Einkristallziehvorrichtung 101, wie oben beschrieben, wird ein Impfkristall 116 in die Rohmaterialschmelze 105 eingetaucht und vorsichtig unter Drehung nach oben gezogen, um einen stabförmigen Einkristall zu züchten, während die Schmelztiegel 106 und 107 nach oben entsprechend dem Wachstum des Kristalls derart bewegt werden, dass die Schmelzoberfläche immer auf konstanter Höhe gehalten wird, um einen gewünschten Durchmesser und gewünschte Kristallqualität zu erhalten.In the case of producing the single crystal using the single crystal pulling device 101 as described above becomes a seed crystal 116 into the raw material melt 105 dipped and carefully pulled up with rotation to grow a rod-shaped single crystal while crucibles 106 and 107 are moved upward in accordance with the growth of the crystal so that the melt surface is always kept at a constant level to obtain a desired diameter and crystal quality.

Wenn der Einkristall gezüchtet wird, wird der an einer Impfkristall-Haltung 117 angeordnete Impfkristall 116 in die Rohmaterialschmelze 105 eingetaucht und dann wird ein Draht 115 vorsichtig auf den in eine gewünschte Richtung gedrehten Impfkristall 116 mit einem Ziehmechanismus (nicht gezeigt) aufgewickelt, um den Einkristall 104 an einem Endabschnitt des Impfkristalls 116 zu züchten. Um Versetzungen zu beseitigen, die erzeugt werden, wenn der Impfkristall 116 in Kontakt mit der Schmelze gebracht wird, wird vorliegend der Kristall einmal dünn mit einem Durchmesser von etwa 3 bis 5 mm in einem frühen Stadium des Wachstums gemacht und dann wird der Durchmesser bis zu einem gewünschten Durchmesser erweitert, nachdem die Versetzungen beseitigt wurden, um den Einkristall 104 mit gewünschter Qualität zu züchten.When the monocrystal is grown, the seed is grown on a seed crystal 117 arranged seed 116 into the raw material melt 105 dipped and then becomes a wire 115 Carefully turn the seed crystal in a desired direction 116 wound with a pulling mechanism (not shown) to the single crystal 104 at an end portion of the seed crystal 116 to breed. To eliminate dislocations that are generated when the seed crystal 116 In the present case, when the crystal is brought into contact with the melt, in the present case, the crystal is made thin with a diameter of about 3 to 5 mm at an early stage of growth, and then the diameter is widened to a desired diameter after the dislocations have been removed to remove the single crystal 104 to breed with the desired quality.

Hierbei ist eine Ziehgeschwindigkeit für einen Abschnitt mit einem konstanten Durchmesser des Einkristalls 104, obwohl sie von dem Durchmesser des Einkristalls, der gezogen werden soll, abhängt, in der Regel extrem langsam, zum Beispiel etwa 0,4 bis 2,0 mm/min. Wenn der Einkristall schnell mit Zwang gezogen wird, wird er während des Wachstums verformt und dadurch kann ein zylindrisches Produkt mit einem konstanten Durchmesser nicht mehr erhalten werden oder es entstehen Probleme durch die im Einkristall 104 erzeugten verrutschen Versetzungen, wobei der Einkristall 104 nach Ablösen von der Schmelze und dergleichen nicht zu einem Produkt werden kann. Folglich ist die Erhöhung der Wachstumsrate des Einkristalls begrenzt.Here, a pulling speed is for a section having a constant diameter of the single crystal 104 although it depends on the diameter of the single crystal to be drawn, usually extremely slowly, for example, about 0.4 to 2.0 mm / min. When the single crystal is pulled rapidly with compulsion, it is deformed during growth, and thus a cylindrical product having a constant diameter can not be obtained or problems arise due to the single crystal 104 generated slip dislocations, wherein the single crystal 104 after detachment from the melt and the like can not become a product. As a result, the increase in the growth rate of the single crystal is limited.

Zum Zwecke der Produktivitätsverbesserung und Kostensenkung in der vorangehenden Herstellung von Einkristall 104 nach der CZ-Methode ist jedoch die Erhöhung der Wachstumsrate des Einkristalls 104 eines der wesentlichen Mittel und dementsprechend wurden bislang verschiedene Verbesserungen gemacht, um die Erhöhung der Wachstumsrate des Einkristalls 104 zu erreichen.For the purpose of productivity improvement and cost reduction in the previous production of single crystal 104 however, according to the CZ method, the increase in the growth rate of the single crystal 104 one of the essential agents, and accordingly, various improvements have heretofore been made to increase the growth rate of the single crystal 104 to reach.

Es ist bekannt, dass die Wachstumsrate des Einkristalls 104 durch Wärmebilanz des Einkristalls 104 während des Wachstums bestimmt wird und durch effizientes Abführen der von der Oberfläche des Einkristalls abgegebenen Wärme erhöht werden kann. Hierbei ermöglicht eine Verstärkung einer Kühlwirkung auf den Einkristall 104 eine weiterhin effiziente Herstellung des Einkristalls. Darüber hinaus ist es bekannt, dass eine Abkühlungsgeschwindigkeit des Einkristalls 104 Kristallqualität verändert. Zum Beispiel können eingewachsene Defekte, die im Silizium-Einkristall während des Wachstums des Einkristalls entstehen, durch ein Verhältnis der Ziehgeschwindigkeit (die Wachstumsrate) zu einem Temperaturgradient im Kristall gesteuert werden und ein defektfreier Einkristall kann durch die Steuerung gezüchtet werden (vgl. Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung (Kokai) JP H11-157996 A ). Folglich ist die Verstärkung der Kühlwirkung auf den Einkristall während des Wachstums wichtig für die Herstellung des defektfreien Einkristalls und für Verbesserung der Produktivität durch Erhöhung der Wachstumsrate des Einkristalls.It is known that the growth rate of the single crystal 104 by heat balance of the single crystal 104 is determined during growth and can be increased by efficiently dissipating the heat given off by the surface of the single crystal. This allows a gain of a cooling effect on the single crystal 104 a further efficient production of the single crystal. In addition, it is known that a cooling rate of the single crystal 104 Crystal quality changed. For example, ingrown defects that arise in the silicon single crystal during the growth of the single crystal can be controlled by a ratio of the pulling rate (the growth rate) to a temperature gradient in the crystal, and a defect-free single crystal can be grown by the control (refer to Japanese Patent Laid-open Publication No. WO 01/19530) Patent Application (Kokai) JP H11-157996 A ). Consequently, the enhancement of the cooling effect on the single crystal during growth is important for the production of the defect-free single crystal and for the improvement of the productivity by increasing the growth rate of the single crystal.

Um den Einkristall 104 bei der CZ-Methode effizient zu kühlen, ist ein Verfahren zur Aufnahme von Strahlungswärme von dem Einkristall 104 in einem zwangsweise gekühlten Objekt, wie beispielsweise der Kammer, effektiv ohne unmittelbarer Aussetzung des Kristalls der Strahlungswärme aus dem Ofen 108. Schirmstruktur ist eine Vorrichtung, die dies umsetzen kann (vgl. japanische Patent-Veröffentlichung JP S57-40119 B2 ). In dieser Struktur wird jedoch zum Vermeiden eines Kontakts durch die Aufwärtsbewegung des Schmelztiegels die Schirmform mit einem kleineren Durchmesser eines oberen Schirmabschnitts benötigt. Die Schirmstruktur hat demnach eine Störstelle, so dass es schwierig ist, den Kristall zu kühlen.To the single crystal 104 Efficient cooling in the CZ method is a method of absorbing radiant heat from the single crystal 104 in a forcibly cooled object, such as the chamber, effectively without directly exposing the crystal to radiant heat from the furnace 108 , Umbrella structure is a device that can implement this (see Japanese Patent Publication JP S57-40119 B2 ). In this structure, however, in order to avoid a contact by the upward movement of the crucible, the umbrella shape having a smaller diameter of an upper screen portion is needed. Thus, the screen structure has an impurity, so that it is difficult to cool the crystal.

Darüber hinaus besteht auch ein Problem darin, dass die Kühlwirkung auf den Einkristall nicht genutzt werden kann, wobei die Wirkung durch das Strömen des Inertgases während des Kristallziehens herbeigeführt wird, um eine Verunreinigung durch ein oxidierendes Gas zu verhindern.In addition, there is also a problem that the cooling effect on the single crystal can not be utilized, the effect being caused by the flow of the inert gas during the crystal pulling to prevent contamination by an oxidizing gas.

In Anbetracht dessen gibt es vorgeschlagene Struktur, die einen Gasströmungsführungszylinder zum Leiten des Inertgases und einen Hitzeabschirmungsring zur Abschirmung der direkten Strahlungswärme von dem Ofen und der Rohmaterialschmelze zu dem Gasströmungsführungszylinder umfasst (vgl. Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung (Kokai) JP S64-65086 A ). Bei dieser Methode kann die Kühlwirkung des Inertgases auf den Einkristall erwartet werden. Angesichts der Wärmestrahlung, die von dem Einkristall in einer Kühlkammer absorbiert wird, lässt sich jedoch nicht sagen, dass die Kühlleistung hoch ist.In view of this, there is a proposed structure including a gas flow guide cylinder for guiding the inert gas and a heat shield ring for shielding the direct radiant heat from the furnace and the raw material melt to the gas flow guide cylinder (see Japanese Patent Application Laid-Open (Kokai)). JP S64-65086 A ). In this method, the cooling effect of the inert gas can be expected on the single crystal. However, in view of the heat radiation absorbed by the single crystal in a cooling chamber, it can not be said that the cooling performance is high.

Daraufhin wird als eine Methode zur Lösung der Probleme des Schirms und des Gasströmungsführungszylinders und für effiziente Kühlung eine Methode vorgeschlagen, in der ein wassergekühltes Kühlzylinder um den Kristall angebracht wird (vgl. International Publication Druckschrift WO 01/57293 A1 ). Nach dieser Methode wird eine Außenseite des Kühlzylinders durch ein Kühl-Zylinder-Schutzmaterial geschützt, wie beispielsweise eine aus Graphit usw. hergestellte Schutzhülle, und dadurch kann die Wärme des Einkristalls von der Innenseite des Kühlzylinders effizient abgeführt werden. Da jedoch der Kühlzylinder sicherheitshalber sich nicht bis in der Nähe der Schmelzoberfläche erstreckt, ist die Kühlwirkung auf den Einkristall in einem Abschnitt etwas niedrig, bevor der Kühlzylinder erreicht wird.Then, as a method for solving the problems of the screen and the gas flow guide cylinder and for efficient cooling, there is proposed a method in which a water-cooled cooling cylinder is mounted around the crystal (see International Publication Ref WO 01/57293 A1 ). According to this method, an outside of the cooling cylinder is protected by a cooling cylinder protection material, such as a protective cover made of graphite, etc., and thereby the heat of the single crystal can be efficiently dissipated from the inside of the cooling cylinder. However, since the cooling cylinder does not extend for safety to near the melt surface, the cooling effect on the single crystal in a section is slightly low before the cooling cylinder is reached.

Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Verlängern eines in den Kühlzylinder eingebauten Graphitelements usw. in der Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung (Kokai) JP H06-199590 A offenbart. Jedoch kann dieses Verfahren keine ausreichende Kühlwirkung erzielen, da der Kühlzylinder und das verlängernde Graphitelement der Wärme von außen ausgesetzt sind und außerdem ist ein Kontakt zwischen dem Kühlzylinder und dem Graphitelement schwierig. Folglich kann die Wärme nicht vom Graphitelement zum Kühlzylinder effizient geleitet werden.In addition, a method for elongating a graphite element incorporated in the cooling cylinder, etc., in Japanese Patent Application Laid-open (Kokai) JP H06-199590 A disclosed. However, this method can not provide a sufficient cooling effect because the cooling cylinder and the elongated graphite element are exposed to heat from the outside, and moreover, contact between the cooling cylinder and the graphite element is difficult. Consequently, the heat can not be efficiently conducted from the graphite element to the cooling cylinder.

Die Druckschriften DE 100 58 329 A1 , JP 2005-231 969 A und US 2003/0 070 605 A1 beschreiben weitere Kühlzylinder für Czochralski-Vorrichtungen.The pamphlets DE 100 58 329 A1 . JP 2005-231 969 A and US 2003/0 070 605 A1 describe further cooling cylinders for Czochralski devices.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

Im Hinblick auf die oben erläuterten Probleme, ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls bereitzustellen, die die Wachstumsrate des Einkristalls durch eine effiziente Kühlung des Einkristalls während des Wachstums erhöhen kann.In view of the above-explained problems, an object of the present invention is to provide an apparatus for producing a single crystal which can increase the growth rate of the single crystal by efficiently cooling the single crystal during growth.

Zu diesem Zweck stellt die vorliegende Erfindung bereit eine Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls, Ziehen des Einkristalls nach der Czochralski-Methode, umfassend mindestens: eine Hauptkammer, in welcher ein Schmelztiegel zum Unterbringen einer Rohmaterialschmelze und ein Erhitzer zum Erhitzen der Rohmaterialschmelze angeordnet sind; eine Ziehkammer, in welcher der gezüchtete Einkristall gezogen und untergebracht wird, wobei die Ziehkammer kontinuierlich oberhalb der Hauptkammer vorgesehen ist; und einen Kühlzylinder, der sich mindestens von einer Decke der Hauptkammer zu einer Fläche der Rohmaterialschmelze derart erstreckt, dass er den Einkristall während des Ziehens umgibt, wobei der Kühlzylinder mit einem Kühlmittel zwangsweise gekühlt wird; wobei die Vorrichtung ferner mindestens einen Hilfskühlzylinder umfasst, der in den Innenraum des Kühlzylinders eingepasst ist, und der Hilfskühlzylinder einen in einer axialen Richtung vordringenden Spalt hat und sich zu der Fläche der Rohmaterialschmelze erstreckt.To this end, the present invention provides an apparatus for producing a single crystal, pulling the single crystal according to the Czochralski method, comprising at least: a main chamber in which a crucible for accommodating a raw material melt and a heater for heating the raw material melt are arranged; a pulling chamber in which the cultured single crystal is pulled and placed, the Drawing chamber is provided continuously above the main chamber; and a cooling cylinder that extends from at least a ceiling of the main chamber to a surface of the raw material melt so as to surround the single crystal during the pulling, wherein the cooling cylinder is forcibly cooled with a coolant; the apparatus further comprising at least one auxiliary cooling cylinder fitted in the inner space of the cooling cylinder, and the auxiliary cooling cylinder having a gap penetrating in an axial direction and extending to the surface of the raw material melt.

Da die Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung mindestens den Hilfskühlzylinder hat, der in den Innenraum des Kühlzylinders eingepasst ist, und der Hilfskühlzylinder einen in einer axialen Richtung vordringenden Spalt hat und sich zu der Fläche der Rohmaterialschmelze erstreckt, gelangt der Hilfskühlzylinder auf diese Weise in dichte Berührung mit dem Kühlzylinder, um sich einzupassen ohne durch Wärmeausdehnungen zu brechen, und die vom Einkristall während des Züchtens mit dem Hilfskühlzylinder aufgenommene Wärme kann von dem Passteil zu dem Kühlzylinder effizient abgeleitet werden. Dadurch kann der Einkristall während des Züchtens effizient gekühlt werden und die Wachstumsrate des Einkristalls kann erhöht werden.Since the apparatus for producing a single crystal according to the present invention has at least the auxiliary cooling cylinder fitted in the inner space of the cooling cylinder and the auxiliary cooling cylinder has a gap penetrating in an axial direction and extending to the surface of the raw material melt, the auxiliary cooling cylinder comes thereon Manner in tight contact with the cooling cylinder to fit without breaking by thermal expansions, and the heat absorbed by the monocrystal during growth with the auxiliary cooling cylinder can be efficiently dissipated from the fitting part to the cooling cylinder. Thereby, the single crystal can be efficiently cooled during the growth, and the growth rate of the single crystal can be increased.

Vorzugsweise sollte hierbei als Material des Hilfskühlzylinders eines von Graphit, Kohlenstoffverbundwerkstoff (C-C-Material), Edelstahl, Molybdän und Wolfram sein.Preferably, the material of the auxiliary cooling cylinder should be one of graphite, carbon composite (C-C material), stainless steel, molybdenum and tungsten.

Wenn das Material des Hilfskühlzylinders eines von solchem Kohlenstoffmaterial wie beispielsweise Graphit und Kohlenstoffverbundwerkstoff (C-C-Material), von solchem metallischen Material wie beispielsweise Edelstahl, Molybdän und Wolfram ist, kann die Wärme auf diese Weise von dem Einkristall effizienter aufgenommen werden. Zusätzlich kann die Wärme zu dem Kühlzylinder effizienter geleitet werden. Auch die hohe Wärmebeständigkeit des Hilfskühlzylinders kann erreicht werden.If the material of the auxiliary cooling cylinder is one of such carbon material as graphite and carbon composite (C-C material), such metallic material as stainless steel, molybdenum and tungsten, the heat can be absorbed more efficiently by the single crystal in this way. In addition, the heat can be conducted to the cooling cylinder more efficiently. Also, the high heat resistance of the auxiliary cooling cylinder can be achieved.

Vorzugsweise ist hierbei ein Schutzteil außerhalb des Kühlzylinders vorgesehen.In this case, a protective part is preferably provided outside the cooling cylinder.

Wenn der Schutzteil außerhalb des Kühlzylinders vorgesehen ist, kann es auf diese Weise reduziert werden, dass die Außenseite des Kühlzylinders direkt der Strahlungswärme von dem Erhitzer und der Rohmaterialschmelze ausgesetzt ist. Zusätzlich kann ein Spritzen der Rohmaterialschmelze mit Anhaften auf dem Kühlzylinder verhindert werden. Dadurch kann der Kühlzylinder vor Verschlechterung geschützt werden, der Einkristall, der während des Züchtens innerhalb des Kühlzylinders angeordnet ist, kann effizienter gekühlt werden, und die Wirkung der Erhöhung der Wachstumsrate des Einkristalls kann verstärkt werden.When the guard member is provided outside the cooling cylinder, it can be reduced in this way that the outside of the cooling cylinder is directly exposed to radiant heat from the heater and the raw material melt. In addition, splashing of the raw material melt with adhesion to the cooling cylinder can be prevented. Thereby, the cooling cylinder can be prevented from deterioration, the single crystal disposed within the cooling cylinder during the growth can be cooled more efficiently, and the effect of increasing the growth rate of the single crystal can be enhanced.

Vorzugsweise sollte hierbei als Material des Schutzteils eines von Graphit, Kohlenstoffsser, Kohlenstoffverbundwerkstoff (C-C-Material), Edelstahl, Molybdän und Wolfram sein.Preferably, as the material of the protective part, it should preferably be one of graphite, carbon black, carbon composite (C-C material), stainless steel, molybdenum and tungsten.

Wenn das Material des Schutzteils eines von solchem Kohlenstoffmaterial wie beispielsweise Graphit, Kohlenstoffaser und Kohlenstoffverbundwerkstoff (C-C-Material), von solchem metallischen Material wie beispielsweise Edelstahl, Molybdän und Wolfram ist, kann auf diese Weise einen hohen Emissionsgrad des Schutzteils erreicht werden, wobei die Wirkung der Verringerung des Aussetzens des Kühlzylinders der direkten Strahlungswärme von dem Erhitzer und der Rohmaterialschmelze verstärkt werden kann. Auch die hohe Wärmebeständigkeit des Schützteils kann erreicht werden.In this way, if the material of the protective part is one of such carbon material such as graphite, carbon fiber and carbon composite (CC material), such metallic material as stainless steel, molybdenum and tungsten, a high emissivity of the protective part can be achieved, the effect the reduction of the exposure of the cooling cylinder to the direct radiant heat from the heater and the raw material melt can be enhanced. Also, the high heat resistance of the contactor can be achieved.

Vorzugsweise ist hierbei die Vorrichtung mit einem Gasströmungsführungszylinder ausgestattet, der sich unter dem Kühlzylinder erstreckt.Preferably, in this case, the device is equipped with a gas flow guide cylinder which extends below the cooling cylinder.

Wenn die Vorrichtung mit dem Gasströmungsführungszylinder ausgestattet ist, der sich unter dem Kühlzylinder erstreckt, kann auf diese Weise der Einkristall durch Abschirmung der Strahlungswärme von dem Erhitzer und der Rohmaterialschmelze gekühlt werden. Zusätzlich wird der Kühlzylinder am Erreichen einer Position unmittelbar über der Schmelzoberfläche gehindert, so dass Sicherheit gesichert ist. Der Gasströmungsführungszylinder übt zugleich den Effect aus, das nach unten nahe des Kristalls von oberhalb der Rohmaterialschmelze strömende Inertgases zu leiten, und dadurch kann auch die Kühlwirkung des Inertgasses auf den Einkristall erwartet werden. Folglich kann der Einkristall während des Züchtens effizienter gekühlt werden und die Wirkung der Erhöhung der Wachstumsrate des Einkristalls kann verstärkt werden.In this way, when the apparatus is provided with the gas flow guide cylinder extending under the cooling cylinder, the monocrystal can be cooled by shielding the radiant heat from the heater and the raw material melt. In addition, the cooling cylinder is prevented from reaching a position immediately above the melt surface, so that safety is ensured. The gas flow guide cylinder simultaneously exerts the effect of conducting the inert gas flowing down near the crystal from above the raw material melt, and thereby the cooling effect of the inert gas on the single crystal can be expected. Consequently, the monocrystal can be cooled more efficiently during the growth, and the effect of increasing the growth rate of the single crystal can be enhanced.

Die Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung hat mindestens den Hilfskühlzylinder, der in den Innenraum des Kühlzylinders eingepasst ist, und der Hilfskühlzylinder hat den in einer axialen Richtung vordringenden Spalt und erstreckt sich zu der Fläche der Rohmaterialschmelze, und der Hilfskühlzylinder gelangt dadurch in dichte Berührung mit dem Kühlzylinder, um sich einzupassen ohne durch Wärmedehnungen zu brechen, und die vom Einkristall während des Züchtens mit dem Hilfskühlzylinder aufgenommene Wärme kann von dem Passteil zu dem Kühlzylinder effizient abgeleitet werden. Dadurch kann der Einkristall während des Züchtens effizient gekühlt werden und die Wachstumsrate des Einkristalls kann erhöht werden.The apparatus for producing a single crystal according to the present invention has at least the auxiliary cooling cylinder fitted in the inner space of the cooling cylinder, and the auxiliary cooling cylinder has the gap penetrating in an axial direction and extends to the surface of the raw material melt, and the auxiliary cooling cylinder thereby enters tight contact with the cooling cylinder to fit without breaking due to thermal expansion, and the heat absorbed by the monocrystal during growth with the auxiliary cooling cylinder can be efficiently dissipated from the fitting part to the cooling cylinder. Thereby, the single crystal can be efficiently cooled during the growth, and the growth rate of the single crystal can be increased.

Figurenliste list of figures

1 Fig. 10 is a schematic sectional view showing an illustration of the apparatus for producing a single crystal according to the present invention.
2 Fig. 12 is a schematic view showing an example of the auxiliary cooling cylinder which can be used in the present invention.
3 Fig. 13 is a schematic sectional view showing another illustration of the apparatus for producing a single crystal according to the present invention.
4 Fig. 10 is a schematic sectional view showing an example of a conventional apparatus for producing a single crystal.

BESTE ART UND WEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGBEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

Nachstehend wird eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung erklärt, ohne die Erfindung dabei zu beschränken.An embodiment according to the present invention will be explained below without limiting the invention.

In der konventionellen Herstellung des Einkristalls nach der CZ-Methode ist die Erhöhung der Wachstumsrate des Einkristalls eines der bedeutensten Mittel zur Steigerung der Produktivität und zur Reduzierung der Kosten. Es ist bekannt, dass die Wachstumsrate des Einkristalls durch effizientes Abführen der von der Oberfläche des Einkristalls abgegebenen Wärme erhöht werden kann. Zusätzlich ist die Verstärkung der Kühlwirkung auf den Einkristall während des Züchtens für die Herstellung des defektfreien Einkristalls auch wichtig.In the conventional production of the single crystal by the CZ method, increasing the growth rate of the single crystal is one of the most important means for increasing the productivity and reducing the cost. It is known that the growth rate of the single crystal can be increased by efficiently removing heat released from the surface of the single crystal. In addition, the enhancement of the cooling effect on the single crystal during growth is also important for the production of the defect-free single crystal.

In Anbetracht dessen führte der Erfinder wiederholt sehr genaue Studien durch, um die Kühlwirkung auf den Einkristall während des Züchtens zu erhöhen. Im Ergebnis wurde vom Erfinder herausgefunden, dass die Wärme vom Einkristall während des Züchtens mit dem Hilfskühlzylinder, der in den Innenraum des Kühlzylinders eingepasst ist und der sich zu der Fläche der Rohmaterialschmelze unter dem Kühlzylinder erstreckt, effizient aufgenommen werden kann. Darüber hinaus vermutete der Erfinder Folgendes. Wenn der Hilfskühlzylinder einen in einer axialen Richtung vordringenden Spalt hat, der Hilfskühlzylinder in den Innenraum des Kühlzylinders dicht eingepasst ist, ohne zum Zeitpunkt der Ausdehnung des Hilfskühlzylinders durch die Wärme zu brechen, nimmt eine Kontaktfläche beider Oberflächen zu, und der Hilfskühlzylinder gelangt in ausreichend dichte Berührung mit dem Kühlzylinder. Die vom Einkristall aufgenommene Wärme kann dadurch zu dem zwangsweise gekühlten Kühlzylinder effizient abgeleitet werden. Im Ergebnis vollendete der Erfinder die vorliegende Erfindung.In view of this, the inventor repeatedly conducted very accurate studies to increase the cooling effect on the single crystal during the growth. As a result, it has been found by the inventor that the heat of single crystal during growth with the auxiliary cooling cylinder fitted in the interior of the cooling cylinder and extending to the surface of the raw material melt under the cooling cylinder can be efficiently absorbed. In addition, the inventor suspected the following. When the auxiliary cooling cylinder has a gap penetrating in an axial direction, the auxiliary cooling cylinder is tightly fitted into the interior of the cooling cylinder without breaking at the time of expansion of the auxiliary cooling cylinder by heat, a contact area of both surfaces increases, and the auxiliary cooling cylinder becomes sufficiently dense Contact with the cooling cylinder. The heat absorbed by the single crystal can thereby be efficiently dissipated to the forcibly cooled cooling cylinder. As a result, the inventor completed the present invention.

Das ist die Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung, die mindestens den Hilfskühlzylinder hat, der in den Innenraum des zwangsweise gekühlten Kühlzylinders eingepasst ist, und der Hilfskühlzylinder, der den in einer axialen Richtung vordringenden Spalt hat und sich zu der Fläche der Rohmaterialschmelze erstreckt, wodurch der Einkristall während des Züchtens effizient gekühlt werden kann und die Wachstumsrate des Einkristalls erhöht werden kann.This is the apparatus for producing a single crystal according to the present invention, which has at least the auxiliary cooling cylinder fitted in the inner space of the forcibly cooled cooling cylinder, and the auxiliary cooling cylinder having the axial-directional gap and the surface of the raw material melt whereby the monocrystal can be efficiently cooled during growth and the growth rate of the monocrystal can be increased.

1 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 1 gezeigt, sind in der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls 1 die Schmelztiegel 6 und 7 zur Aufnahme der Rohmaterialschmelze 5, der Erhitzer 8 zum Erhitzen und Schmelzen eines polykristallinen Silizium-Rohmaterials und dergleichen in der Hauptkammer 2 angeordnet. Ein Ziehmechanismus (nicht gezeigt) zum Ziehen des gezüchteten Einkristalls 4 ist an einem oberen Abschnitt der Ziehkammer 3 vorgesehen, die kontinuierlich über die Hauptkammer 2 angeordnet ist. 1 Fig. 12 is a schematic sectional view showing an example of the apparatus for producing a single crystal according to the present invention. As in 1 are shown in the apparatus for producing a single crystal 1 the melting pot 6 and 7 for receiving the raw material melt 5 , the heater 8th for heating and melting a polycrystalline silicon raw material and the like in the main chamber 2 arranged. A pulling mechanism (not shown) for pulling the cultured single crystal 4 is at an upper portion of the pull chamber 3 provided, which continuously over the main chamber 2 is arranged.

Ein Ziehdraht 15 ist von dem Ziehmechanismus ausgerollt, der an dem oberen Abschnitt der Ziehkammer 3 angebracht ist, und eine Impfkristall-Halterung 17 zum Anbringen eines Impfkristalls 16 ist mit dem Ende des Ziehdrahtes verbunden. Der Einkristall 4 ist unter dem Impfkristall 16 durch Eintauchen des Impfkristalls 16, der an das Ende der Impfkristall-Halterung 17 angebunden ist, in die Rohmaterialschmelze 5 und durch Aufwickeln des Ziehdrahtes 15 mit dem Ziehmechanismus gebildet.A drawing wire 15 is unrolled from the pulling mechanism attached to the upper section of the pulling chamber 3 attached, and a seed crystal holder 17 for attaching a seed crystal 16 is connected to the end of the puller wire. The single crystal 4 is under the seed crystal 16 by immersing the seed crystal 16 attached to the end of the seed holder 17 is tied into the raw material melt 5 and by winding the pulling wire 15 formed with the pulling mechanism.

Es sei darauf hingewiesen, dass die vorstehenden Schmelztiegel 6 und 7 aus einem inneren Quarztiegel 6 zum Unterbringen der Rohmaterialschmelze 5 und einem äußeren Graphittiegel 7 zum Stützen des Quarztiegels 6 bestehen. Die Schmelztiegel 6 und 7 sind mit einer Schmelztiegel-Drehwelle 18 gestützt, die durch einen an einem unteren Abschnitt der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls 1 angebrachten Drehantriebsmechanismus (nicht gezeigt) nach oben und nach unten gedreht und verschoben werden kann. Die Schmelztiegel 6 und 7 sind nach oben verschoben innerhalb eines Abstands, der einer Abnahme in der Schmelze gemäß dem Ziehen des Einkristalls 4 entspricht, und werden in die entgegengesetzte Richtung zu einer Drehung des Kristalls derart gedreht, dass die Schmelzoberfläche auf konstanter Höhe gehalten wird, um Änderungen in Kristalldurchmesser und Kristallqualität zu verhindern, die durch die Änderung der Schmelzoberfläche in der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls 1 herbeigeführt werden.It should be noted that the above crucible 6 and 7 from an inner quartz crucible 6 for housing the raw material melt 5 and an outer graphite crucible 7 for supporting the quartz crucible 6 consist. The melting pot 6 and 7 are with a crucible rotating shaft 18 supported by a at a lower portion of the apparatus for producing a single crystal 1 mounted rotary drive mechanism (not shown) can be turned up and down and moved. The melting pot 6 and 7 are upwardly displaced within a distance of a decrease in the melt according to the pulling of the single crystal 4 and are rotated in the opposite direction to a rotation of the crystal so that the melt surface is kept at a constant level to prevent changes in crystal diameter and crystal quality caused by the change of the melt surface in the apparatus for producing a single crystal 1 be brought about.

Der Erhitzer 8 ist derart angeordnet, dass er die Schmelztiegel 6 und 7 umgibt. Ein Wärmedämmelement 9 zum Verhindern, dass die Hauptkammer 2 direkter Hitze aus dem Erhitzer 8 ausgesetzt wird, ist außerhalb des Erhitzers 8 derart angeordnet, dass es einen Umfang des Erhitzers umgibt.The heater 8th is arranged so that it is the crucible 6 and 7 surrounds. One thermal insulation element 9 to prevent the main chamber 2 direct heat from the heater 8th is suspended outside the heater 8th arranged so as to surround a circumference of the heater.

Zum Zweck des Abführens der Verunreinigungen, die im Ofen, aus dem Ofen usw. erzeugt werden, wird ein Inertgas wie beispielsweise Argon-Gas in die Kammer durch ein Gaseinlass 11 eingeführt, der an einem oberen Abschnitt der Ziehkammer 3 angebracht ist, geht durch den Einkristall 4 während des Ziehens und die Fläche der Rohmaterialschmelze 5 durch, um innerhalb der Kammer zu zirkulieren, und wird durch ein Gasauslass 10 abgeführt.For the purpose of discharging the contaminants generated in the furnace, furnace, etc., an inert gas such as argon gas is introduced into the chamber through a gas inlet 11 introduced at an upper section of the pull chamber 3 attached, goes through the single crystal 4 during the drawing and the surface of the raw material melt 5 through to circulate within the chamber, and is through a gas outlet 10 dissipated.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Hauptkammer 2 und die Ziehkammer 3 aus einem Metall gebildet sind, das eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit aufweist, wie beispielsweise Edelstahl, und mit Wasser durch eine Kühlleitung (nicht gezeigt) gekühlt werden.It should be noted that the main chamber 2 and the drawing chamber 3 are formed of a metal having excellent heat resistance and thermal conductivity, such as stainless steel, and cooled with water through a cooling pipe (not shown).

Der Kühlzylinder 12 erstreckt sich mindestens von der Decke der Hauptkammer 2 in Richtung der Fläche der Rohmaterialschmelze 5 derart, dass er den Einkristall 4 während des Ziehens umgibt. Ein Kühlmittel wird in den Kühlzylinder 12 aus einem Kühlmitteleinlass 13 eingeführt, zirkuliert durch das Innere des Kühlzylinders 12, und wird dann nach außen ausgestoßen.The cooling cylinder 12 extends at least from the ceiling of the main chamber 2 in the direction of the surface of the raw material melt 5 such that it is the single crystal 4 during the pulling surrounds. A coolant enters the cooling cylinder 12 from a coolant inlet 13 introduced, circulated through the interior of the cooling cylinder 12 , and then ejected to the outside.

Wenn der Einkristall gezüchtet wird, wird der an einer Impfkristall-Haltung 17 angeordnete Impfkristall 16 in die Rohmaterialschmelze 5 eingetaucht, und dann wird der Draht 15 vorsichtig auf den in eine gewünschte Richtung gedrehten Impfkristall 16 mit einem Ziehmechanismus (nicht gezeigt) aufgewickelt, um den Einkristall 4 an einem Endabschnitt des Impfkristalls 16 zu züchten. Um Versetzungen zu beseitigen, die erzeugt werden, wenn der Impfkristall 16 in Kontakt mit der Schmelze gebracht wird, wird vorliegend der Kristall einmal dünn mit einen Durchmesser von etwa 3 bis 5 mm in einem frühen Stadium des Wachstums gemacht, und dann wird der Durchmesser bis zu einem gewünschten Durchmesser erhöht, nachdem die Versetzungen beseitigt wurden, um den Einkristall 4 mit gewünschter Qualität zu züchten. Stattdessen kann der Einkristall 4 gezüchtet werden, ohne eine Querschnittverminderung durchzuführen unter Verwendung eines Verfahrens zum Erzeugen versetzungsfreien Impfkristallen, bei welchem der Impfkristall 16 mit einer Punktspitze verwendet wird, wobei der Impfkristall 16 vorsichtig in Kontakt mit der Rohmaterialschmelze 5 gebracht wird, um den Impfkristall bis zu einem vorgegebenen Durchmesser einzutauchen, und dann wird der Impfkristall gezogen.When the monocrystal is grown, the seed is grown on a seed crystal 17 arranged seed 16 into the raw material melt 5 dipped, and then the wire 15 Carefully turn the seed crystal in a desired direction 16 wound with a pulling mechanism (not shown) to the single crystal 4 at an end portion of the seed crystal 16 to breed. To eliminate dislocations that are generated when the seed crystal 16 In this case, once the crystal is brought into contact with the melt, once the crystal is made thin with a diameter of about 3 to 5 mm at an early stage of growth, and then the diameter is increased to a desired diameter after the dislocations are removed the single crystal 4 to breed with the desired quality. Instead, the single crystal can 4 grown without a reduction in cross-section using a method for generating dislocation-free seed crystals in which the seed crystal 16 is used with a point tip, wherein the seed crystal 16 carefully in contact with the raw material melt 5 is brought to immerse the seed crystal to a predetermined diameter, and then the seed crystal is pulled.

Die Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit dem Hilfskühlzylinder 19 ausgestattet, der in den Innenraum des Kühlzylinders 12 eingepasst ist. Der Hilfskühlzylinder erstreckt sich zu der Fläche der Rohmaterialschmelze 5 unter dem Kühlzylinder 12.The apparatus for producing a single crystal according to the present invention is with the auxiliary cooling cylinder 19 equipped in the interior of the cooling cylinder 12 is fitted. The auxiliary cooling cylinder extends to the surface of the raw material melt 5 under the cooling cylinder 12 ,

Wenn der Hilfskühlzylinder 19 derart angeordnet ist, dass er in den Innenraum des Kühlzylinders eingepasst ist und sich zu der Fläche der Rohmaterialschmelze 5 unter dem Kühlzylinder 12 erstreckt, wie oben beschrieben, kann der Hilfskühlzylinder 19 bis unterhalb des Einkristalls 4 während des Züchtens umgeben und dadurch kann die Wärme von dem Einkristall 4 effizient aufgenommen werden.When the auxiliary cooling cylinder 19 is arranged so as to fit in the interior of the cooling cylinder and to the surface of the raw material melt 5 under the cooling cylinder 12 extends, as described above, the auxiliary cooling cylinder 19 to below the single crystal 4 surrounded during breeding and thereby the heat from the single crystal 4 be absorbed efficiently.

2 zeigt ein Beispiel des Hilfskühlzylinders, der in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. 2 shows an example of the auxiliary cooling cylinder that can be used in the present invention.

Wie in 2 gezeigt, hat der Hilfskühlzylinder 19 den in einer axialen Richtung vordringenden Spalt 20.As in 2 shown has the auxiliary cooling cylinder 19 the penetrating in an axial direction gap 20 ,

Falls ein Innendurchmesser des Kühlzyliners 12 und ein Außendurchmesser des Hilfskühlzylinders 19 lediglich angegliechen sind, um den Hilfskühlzylinder 19 in den Innenraum des Kühlzylinders 12 einzupassen, ist der Hilfskühlzylinder 19 schwer anzubringen und zu entfernen. Wenn der Hilfskühlzylinder 19 jedoch den in einer axialen Richtung vordringenden Spalt 20 hat, lässt sich der Hilfskühlzylinder 19 einfach anbringen oder entfernen. Außerdem kann ein Bruch in dem Hilfskühlzylinder 19, welcher infolge einer Differenz in Wärmeausdehnung zwischen dem Kühlzylinder 12 und dem unterstützenden Kühlzylinder 19 während des Züchtens des Einkristalls 4 hervorgerufen wird, verhindert werden. Das bedeutet, dass da der Kühlzylinder 12 mit dem Kühlmittel zwangsweise gekühlt wird, der Kühlzylinder 12 nicht ausgedehnt wird. Andererseits wird der Hilfskühlzylinder 19 ausgedehnt. Darüber hinaus ist der Hilfskühlzylinder 19 in den Innenraum des Kühlzylinders 12 aufgrund der Wärmeausdehnung des Hilfskühlzylinders 19 dicht eingepasst, so dass eine Kontaktfläche beider Oberflächen zunimmt und der Hilfskühlzylinder in ausreichend dichte Berührung mit dem Kühlzylinder gelangt. Dadurch kann die Wärme von dem Hilfskühlzylinder 19 zu dem Kühlzylinder 12 effizient abgeleitet werden.If an inside diameter of the Kühlzyliners 12 and an outer diameter of the auxiliary cooling cylinder 19 are only angegliechen to the auxiliary cooling cylinder 19 in the interior of the cooling cylinder 12 to fit in, is the auxiliary cooling cylinder 19 difficult to install and remove. When the auxiliary cooling cylinder 19 however, the gap advancing in an axial direction 20 has, can the auxiliary cooling cylinder 19 simply attach or remove. In addition, a break in the auxiliary cooling cylinder 19 due to a difference in thermal expansion between the cooling cylinder 12 and the supporting cooling cylinder 19 during the growth of the single crystal 4 caused to be prevented. This means that there is the cooling cylinder 12 is forcibly cooled with the coolant, the cooling cylinder 12 is not extended. On the other hand, the auxiliary cooling cylinder 19 extended. In addition, the auxiliary cooling cylinder 19 in the interior of the cooling cylinder 12 due to the thermal expansion of the auxiliary cooling cylinder 19 tightly fitted, so that a contact surface of both surfaces increases and the auxiliary cooling cylinder enters sufficiently tight contact with the cooling cylinder. This allows the heat from the auxiliary cooling cylinder 19 to the cooling cylinder 12 be derived efficiently.

Wenn eine Breite des Spalts 20 weniger als 180° beträgt, gelangt hierbei der Hilfskühlzylinder 19 aufgrund der Wärmeausdehnung in dichte Berührung mit dem Kühlzylinder 12, und dadurch kann die Steigerung von Effizienz der Wärmeleitung von dem Hilfskühlzylinder 19 zu dem Kühlzylinder 12 erreicht werden. Darüber hinaus ist eine kleinere Breite des Spalts 20 vorzuziehen, vorausgesetzt, dass diese nicht weniger als die Breite ist, bei welcher der Hilfskühlzylinder 19 aufgrund der Wärmeausdehnung nicht bricht.If a width of the gap 20 is less than 180 °, passes here the auxiliary cooling cylinder 19 due to the thermal expansion in close contact with the cooling cylinder 12 , and thereby the increase of efficiency of the heat conduction from the auxiliary cooling cylinder 19 to the cooling cylinder 12 be achieved. In addition, a smaller width of the gap 20 preferable, provided that it is not less than the width at which the auxiliary cooling cylinder 19 due to the thermal expansion does not break.

Vorzugsweise sollte hierbei als Material des Hilfskühlzylinders 19 eines von Graphit, Kohlenstoffverbundwerkstoff (C-C-Material), Edelstahl, Molybdän und Wolfram sein. Preferably, this should be used as the material of the auxiliary cooling cylinder 19 one of graphite, carbon composite (CC material), stainless steel, molybdenum and tungsten.

Wenn das Material des Hilfskühlzylinders 19 eines von solchem Kohlenstoffmaterial wie beispielsweise Graphit und Kohlenstoffverbundwerkstoff (C-C-Material), von solchem metallischen Material wie beispielsweise Edelstahl, Molybdän und Wolfram ist, kann die Wärme auf diese Weise von dem Einkristall 4 effizienter aufgenommen werden. Zusätzlich kann die Wärme zu dem zwangsweise gekühlten Kühlzylinder 12 effizienter geleitet werden. Auch die hohe Wärmebeständigkeit des Hilfskühlzylinders kann erreicht werden. Das Material des Hilfskühlzylinders 19 ist nicht hierauf beschränkt und sämtliche Materialien mit einer hohen Wärmebeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit können verwendet werden.If the material of the auxiliary cooling cylinder 19 one of such carbon material as graphite and carbon composite (CC material), such as metallic material such as stainless steel, molybdenum and tungsten, the heat in this way from the single crystal 4 be absorbed more efficiently. In addition, the heat to the forced cooled cooling cylinder 12 be directed more efficiently. Also, the high heat resistance of the auxiliary cooling cylinder can be achieved. The material of the auxiliary cooling cylinder 19 is not limited thereto, and any materials having high heat resistance and heat conductivity can be used.

Eine konventionelle Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls weist ein Problem auf, dass wenn die Außenseite des Kühlzylinders 12 der Strahlungswärme von dem Erhitzer 8, der Rohmaterialschmelze 5 und dergleichen ausgesetzt ist, die Aufnahmefähigkeit des Kühlzylinders zur Wärme von dem Einkristall 4 nimmt in seinem Innenraum ab. In Anbetracht dessen kann die Kühlwirkung auf den im Innenraum angebrachten Kristall durch Bereitstellung des Schutztteils zum Schutz des Kühlzylinders 12 von der Wärme und dergleichen und zum Verhindern der Verringerung der Kühlwirkung des Kühlzylinders auf der Außenseite des Kühlzylinders 12 noch verstärkt werden.A conventional apparatus for producing a single crystal has a problem that when the outside of the cooling cylinder 12 the radiant heat from the heater 8th , the raw material melt 5 and the like, the susceptibility of the cooling cylinder to heat from the single crystal 4 takes off in its interior. In view of this, the cooling effect on the crystal mounted inside can be provided by providing the protective member for protecting the cooling cylinder 12 from the heat and the like and for preventing the reduction of the cooling effect of the cooling cylinder on the outside of the cooling cylinder 12 to be reinforced.

3 zeigt ein Beispiel der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung, die mit dem Schutzteil ausgestattet ist. 3 shows an example of the apparatus for producing a single crystal according to the present invention, which is equipped with the protective part.

Wie in 3 gezeigt, ist die Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls 1' gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem Schutzteil 21 ausserhalb des Kühlzylinders 12 ausgestattet, und auf diese Weise kann es reduziert werden, dass die Außenseite des Kühlzylinders 12 direkt der Strahlungswärme von dem Erhitzer 8 und der Rohmaterialschmelze 5 ausgesetzt ist. Folglich kann der innerhalb des Kühlzylinders angeordnete Einkristall 4 während des Züchtens effizienter gekühlt werden und die Wirkung der Erhöhung der Wachstumsrate des Einkristalls 4 kann verstärkt werden. Darüber hinaus können Brüche, erschmelzungsbedingte Beschädigungen und dergleichen des Kühlzylinders 12 verhindert werden, die durch Spritzen der Rohmaterialschmelze 5 mit Anhaften auf der Außenseite des Kühlzylinders 12 verursacht werden, beispielsweise während das Rohmaterial geschmolzen wird.As in 3 is shown, the apparatus for producing a single crystal 1' according to the present invention with the protective part 21 outside the cooling cylinder 12 equipped, and in this way it can be reduced, that the outside of the cooling cylinder 12 directly the radiant heat from the heater 8th and the raw material melt 5 is exposed. As a result, the single crystal disposed within the cooling cylinder 4 be cooled more efficiently during culturing and the effect of increasing the growth rate of the single crystal 4 can be strengthened. In addition, fractures, melt-related damage and the like of the cooling cylinder 12 prevented by spraying the raw material melt 5 with adhesion to the outside of the cooling cylinder 12 caused, for example, while the raw material is being melted.

Vorzugsweise sollte das Schutzteil 21 nicht in Berührung mit dem Kühlzylinder 12 kommen und dadurch die Wärme zu dem Kühlzylinder 12 nicht zu leiten. Die vorliegende Erfindung ist jedoch darauf nicht beschränkt.Preferably, the protective part should 21 not in contact with the cooling cylinder 12 come and thereby the heat to the cooling cylinder 12 not to lead. However, the present invention is not limited thereto.

Vorzugsweise sollte hierbei als das Material des Schutzteils 21 eines von Graphit, Kohlenstoffaser, Kohlenstoffverbundwerkstoff (C-C-Material), Edelstahl, Molybdän und Wolfram sein.Preferably, this should be considered the material of the protective part 21 one of graphite, carbon fiber, carbon composite (CC material), stainless steel, molybdenum and tungsten.

Wenn das Material des Schutzteils 21 eines von solchem Kohlenstoffmaterial wie beispielsweise Graphit, Kohlenstoffaser und Kohlenstoffverbundwerkstoff (C-C-Material), von solchem metallischen Material wie beispielsweise Edelstahl, Molybdän und Wolfram ist, wie oben beschrieben, kann einen hohen Emissionsgrad des Schutzteils 21 erreicht werden, wobei die Wirkung der Verringerung des Aussetzens des Kühlzylinders 12 der direkten Strahlungswärme von dem Erhitzer 8 und der Rohmaterialschmelze 5 verstärkt werden kann. Auch die hohe Wärmebeständigkeit des Schützteils kann erreicht werden.If the material of the protection part 21 One of such carbon material as graphite, carbon fiber and carbon composite (CC material) of such metallic material as stainless steel, molybdenum and tungsten, as described above, can have a high emissivity of the protective part 21 be achieved, the effect of reducing the exposure of the cooling cylinder 12 the direct radiant heat from the heater 8th and the raw material melt 5 can be strengthened. Also, the high heat resistance of the contactor can be achieved.

Vorzugsweise ist hierbei die Vorrichtung mit einem Gasströmungsführungszylinder 14 ausgestattet, der sich unter dem Kühlzylinder 12 erstreckt.
Wenn die Vorrichtung mit dem Gasströmungsführungszylinder 14 ausgestattet ist, der sich unter dem Kühlzylinder 12 erstreckt, wie oben beschrieben, kann der Einkristall 4 durch Abschirmung der Strahlungswärme von dem Erhitzer 8 und der Rohmaterialschmelze 5 gekühlt werden. Zusätzlich wird der Kühlzylinder 12 am Erreichen einer Position unmittelbar über der Schmelzoberfläche gehindert, so dass Sicherheit gesichert ist. Der Gasströmungsführungszylinder übt zugleich den Effekt aus, das nach unten nahe des Kristalls von oberhalb der Rohmaterialschmelze strömende Inertgases zu leiten, das die Verunreinigung durch ein während des Ziehens des Einkristalls erzeugtes oxidierendes Gas verhindert, und dadurch kann auch die Kühlwirkung des Inertgases auf den Einkristall 4 erwartet werden. Folglich kann der Einkristall 4 während des Züchtens effizienter gekühlt werden und die Wirkung der Erhöhung der Wachstumsrate des Einkristalls 4 kann verstärkt werden.Preferably, this is the device with a gas flow guide cylinder 14 equipped, located under the cooling cylinder 12 extends.
When the device with the gas flow guide cylinder 14 equipped, located under the cooling cylinder 12 extends as described above, the single crystal 4 by shielding the radiant heat from the heater 8th and the raw material melt 5 be cooled. In addition, the cooling cylinder 12 prevented from reaching a position immediately above the enamel surface, so that safety is ensured. At the same time, the gas flow guiding cylinder exerts the effect of guiding the inert gas flowing down near the crystal from above the raw material melt, which prevents the contamination by an oxidizing gas generated during the pulling of the single crystal, and thereby also the cooling effect of the inert gas on the single crystal 4 to be expected. Consequently, the single crystal can 4 be cooled more efficiently during culturing and the effect of increasing the growth rate of the single crystal 4 can be strengthened.

Darüber hinaus kann der Kühlzylinder 12 in ausreichendem Abstand von der Schmelzoberfläche mit sehr hoher Temperatur gehalten werden, wodurch die Brüche, die erschmelzungsbedingten Beschädigungen und dergleichen des Kühlzylinders 12 verhindert werden, die durch Spritzen der Rohmaterialschmelze 5 mit Anhaften auf dem Kühlzylinder 12 verursacht werden, beispielsweise während das Rohmaterial geschmolzen wird. Im Ergebnis kann der Einkristall 4 äußerst sicher gezüchtet werden.In addition, the cooling cylinder 12 be maintained at a sufficient distance from the melt surface at a very high temperature, whereby the fractures, the melt-related damage and the like of the cooling cylinder 12 prevented by spraying the raw material melt 5 with adhesion to the cooling cylinder 12 caused, for example, while the raw material is being melted. As a result, the single crystal 4 be grown extremely safe.

Wie bereits ausgeführt, da die Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie mindestens den Hilfskühlzylinder 19 umfasst, der in den Innenraum des Kühlzylinders 12 eingepasst ist, und der Hilfskühlzylinder 19 den in einer axialen Richtung vordringenden Spalt 20 hat und sich zu der Fläche der Rohmaterialschmelze erstreckt, kann die Vorrichtung den Einkristall 4 während des Züchtens effizient kühlen und die Wachstumsrate des Einkristalls 4 erhöhen.As already stated, since the device for producing a monocrystal according to the present invention is characterized in that it comprises at least the auxiliary cooling cylinder 19 that covers the interior of the cooling cylinder 12 is fitted, and the auxiliary cooling cylinder 19 the penetrating in an axial direction gap 20 has and extends to the surface of the raw material melt, the device can the single crystal 4 efficiently cooling during growth and the growth rate of the single crystal 4 increase.

Ausserdem kann die Vorrichtung die Wachstumsrate des Einkristalls 4 erhöhen, wenn ein defektfreier Einkristall gezüchtet wird.In addition, the device can control the growth rate of the single crystal 4 increase when a defect-free single crystal is grown.

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung insbesondere mit den Beispielen und Vergleichsbeispiel erläutert, die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diese Beispiele.Hereinafter, the present invention will be specifically explained with the examples and the comparative example, but the invention is not limited to these examples.

(Beispiel 1)(Example 1)

Ein Silizium-Einkristall mit einem Durchmesser von 12 inches (300 mm) wurde durch die Czochralski-Methode mit Magnetfeldanwendung (die MCZ-Methode) unter Verwendung der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls, wie in 1 gezeigt, hergestellt. Ein Durchmesser des Schmelztiegels 6 betrug 32 inches (800 mm).A 12 inch (300 mm) diameter silicon single crystal was made by the Czochralski magnetic field application method (the MCZ method) using the apparatus for producing a single crystal as in 1 shown, produced. A diameter of the crucible 6 was 32 inches (800 mm).

Der Hilfskühlzylinder 19 wurde verwendet, in welchem die Breite des Spalts 20 1,5° betrug, wie in 2 gezeigt, und als Material des Hilfskühlzylinders wurde Graphit verwendet, der die Wärmeleitfähigkeit, die der Wärmeleitfähigkeit von Metall entspricht, und einen höheren Emissionsgrad, als der von Metall, aufweist.The auxiliary cooling cylinder 19 was used, in which the width of the gap 20 1.5 °, as in 2 and, as the material of the auxiliary cooling cylinder, graphite was used which has the thermal conductivity corresponding to the thermal conductivity of metal and a higher emissivity than that of metal.

Der Einkristall 4 wurde mittels der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls 1 gezüchtet, wie oben beschrieben, und die Wachstumsrate wurde gesucht, die bei sämtlichen Einkristallen ermöglicht, dass diese defektfrei sind. Da die zum Erhalten des defektfreien Einkristalls notwendige Wachstumsrate eine äußerst enge Spanne hat, war eine geeignete Wachstumsrate einfach auszuwählen. Danach wurde der Einkristall in Proben geschnitten und anhand der Probe wurde durch bevorzugtes Ätzen bestätigt, ob der Einkristall defektfrei oder nicht ist.The single crystal 4 was by the apparatus for producing a single crystal 1 grown, as described above, and the growth rate was sought, which allows all single crystals that they are defect-free. Since the growth rate necessary to obtain the defect-free single crystal is extremely narrow, an appropriate growth rate was easy to select. Thereafter, the single crystal was cut into samples, and from the sample, it was confirmed by preferential etching whether or not the single crystal was defect-free.

Im Ergebnis konnte die Wachstumsrate auf ungefähr 5,5 % erhöht werden, verglichen mit dem Fall, wenn die konventionelle Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls verwendet wird.As a result, the growth rate could be increased to about 5.5% as compared with the case where the conventional single crystal manufacturing apparatus is used.

Wie oben beschrieben, wurde bestätigt, dass die Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls 1 der vorliegenden Anwendung den Einkristall während des Züchtens effizient kühlen kann und die Wachstumsrate des Einkristalls erhöhen kann.As described above, it was confirmed that the apparatus for producing a single crystal 1 In the present application, the single crystal can efficiently cool during growth and can increase the growth rate of the single crystal.

(Beispiel 2)(Example 2)

Der Einkristall wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme von Verwendung der Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls 1', die mit dem Graphit-Schutzteil 21 außerhalb des Kühlzylinders 12 wie in 3 ausgestattet ist, und die gleiche Auswertung wie in Beispiel 1 wurde durchgeführt.The single crystal was produced under the same conditions as in Example 1 except for using the apparatus for producing a single crystal 1' that with the graphite protection part 21 outside the cooling cylinder 12 as in 3 and the same evaluation as in Example 1 was carried out.

Im Ergebnis konnte die Wachstumsrate auf ungefähr 4 % verglichen mit Beispiel 1 erhöht werden.As a result, the growth rate could be increased to about 4% as compared with Example 1.

Wie oben beschrieben, wurde bestätigt, dass die Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls 1' der vorliegenden Anwendung den Einkristall während des Züchtens effizient kühlen kann und die Wirkung der Erhöhung der Wachstumsrate des Einkristalls verstärken kann.As described above, it was confirmed that the apparatus for producing a single crystal 1' the present application can efficiently cool the single crystal during growth and enhance the effect of increasing the growth rate of the single crystal.

(Vergleichsbeispiel)(Comparative Example)

Der Einkristall wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme von Verwendung der konventionellen Vorrichtung zur Herstellung eines Einkristalls wie in 4 gezeigt, und die gleiche Auswertung wie in Beispiel 1 wurde durchgeführt. Im Ergebnis wurde bestätigt, dass die Wachstumsrate auf ungefähr 5,5 % verglichen mit Beispiel 1 erhöht wurde.The single crystal was produced under the same conditions as in Example 1 except for using the conventional single crystal manufacturing apparatus as in 4 and the same evaluation as in Example 1 was carried out. As a result, it was confirmed that the growth rate was increased to about 5.5% as compared with Example 1.

Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorangehende Ausführungsform beschränkt wird. Die Ausführungsform stellt eine Erläuterung dar, und alle Beispiele, die im Wesentlichen die gleichen Merkmale und die gleichen Funktionen und Wirkungen aufweisen, wie der in den Patentansprüchen der vorliegenden Erfindung beschriebene technische Grundgedanke, fallen unter den technischen Bereich der vorliegenden Erfindung.It should be noted that the present invention is not limited to the foregoing embodiment. The embodiment is illustrative, and all examples having substantially the same features and functions and effects as the technical concept described in the claims of the present invention are within the technical scope of the present invention.

Claims

An apparatus for producing a single crystal, pulling the single crystal according to the Czochralski method, comprising at least: a main chamber in which a crucible for accommodating a raw material melt and a heater for heating the raw material melt are arranged; a pull chamber in which the grown monocrystal is pulled and accommodated, the pull chamber being provided continuously above the main chamber; and a cooling cylinder that extends from at least a ceiling of the main chamber to a surface of the raw material melt so as to surround the single crystal during the pulling, wherein the cooling cylinder forcibly cooled with a coolant; the apparatus further comprising at least one auxiliary cooling cylinder fitted in an inner space of the cooling cylinder and the auxiliary cooling cylinder having a gap penetrating in an axial direction and extending to the surface of the raw material melt.

Device for producing a single crystal according to Claim 1 , wherein as material of the supporting cooling cylinder is one of graphite, carbon composite, stainless steel, molybdenum and tungsten.

Device for producing a single crystal according to Claim 1 or Claim 2 wherein a protective part is provided outside the cooling cylinder.

Device for producing a single crystal according to Claim 3 wherein as the material of the protective part is one of graphite, carbon fiber, carbon composite, stainless steel, molybdenum and tungsten.

Apparatus for producing a single crystal according to one of Claims 1 to 4 and further comprising a gas flow guide cylinder extending below the cooling cylinder.